Dasar Dasar Sistem Hydraulic

Sistem hydraulic memiliki peran yang sangat penting dalam operasi alat berat. Prinsip - prinsip dasar hidrolik digunakan ketika merancang dan mengoperasikan sistem hidrolik untuk implement, sistem steering, sistem brake dan sistem power train.

Bahkan dalam kehidupan sehari-hari, tidak terlepas dari peralatan yang memanfaatkan prinsip-prinsip dasar hidrolik, misalnya dongkrak dll. Prinsip dasar hidrolik berlaku ketika menggunakan cairan yang bertekanan untuk melakukan kerja. Untuk itu ada beberapa hukum yang harus dipahami dan akan dijelaskan pada pembahasan ini.

1. Penggunaan cairan dalam sistem hidrolik

Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam sistem hidrolik:

* Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu berada, ruang atau volume yang ditempati oleh zat cair tadi dinamakan displacement.

* Zat cair tidak dapat di mampatkan (non-kompressible).

* Zat cair meneruskan tekanan kesemua arah, zat cair akan mengikuti bentuk dari wadah. Zat cair mengalir kesegala arah melalui pipa-pipa dan hose dalam berbagai ukuran dan bentuk.

Dibanding dengan zat lain contoh gas, jika ditekan gas mempunyai ruang yang lebih kecil dan displacementnya menjadi berkurang. Itulah sebabnya zat cair (cairan) sangat cocok digunakan dalam sistem hidrolik.

2. Hukum Pascal

Menurut hukum Pascal, tekanan yang bekerja pada suatu zat cair pada ruangan tertutup, akan diteruskan kesegala arah dan menekan dengan gaya yang sama pada luas area yang sama. 

Artiya gaya yang bekerja disetiap bagian dari hidrolik oli sistem akan meneruskan tekanan yang sama kesegala arah didalam sistem.

Contoh:

Seperti contoh pada gambar diatas, 500 Pound gaya bekerja pada piston kecil dengan jari-jari 2 inch, menghasilkan tekanan sebesar 40 Pound per square inch (Psi). Tekanan yang sama akan mampu mendukung piston besar dengan jari-jari 3 inch dengan berat beban 1130 pound. Dengan rumus yang sederhana berdasarkan hukum Pascal, dapat dijelaskan hubungan antara gaya (force), tekanan (pressure) dan luas penampang area.

3. Formulasi Pascal

Force (gaya) merupakan sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi bergerak, benda yang bergerak lurus menjadi berbelok dan sebagainya.

Gaya biasanya dinyatakan dalam:

* Pounds (Lbs)

* Kilogram (Kg)

* Newton (N)

Pressure (tekanan) adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas penampang. Pressure biasanya dinyatakan dalam:

* Pounds per square inch (Psi)

* Kilogram per centimeter persegi (Kg/Cm²)

* Kilo Pascal (Kpa)

Area (luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam:

* Square inch (inch²)

* Millimeter persegi (mm²)

* Centimeter persegi (Cm²)

Luas permukaan yang berbentuk lingkaran dapat dihitung dengan rumus berikut:

Area = π x r²

Jika jari-jari lingkaran (r) adalah 2 inch, maka
A = 3.14 x 2 x 2
A = 12,5 inch²

Dengan mengetahui luas area, dapat diketahui berapa besar tekanan yang mampu mengangkat beban yang ada. Jika gaya sebesar 500 Pound bekerja pada area 12,5 inch², tekanan yang terjadi adalah 40 Psi.
Tekanan dapat diketahui dengan rumus:
P = F/A
P = 500 lbs/12,5 inch²
P = 40 Psi
Dengan demikian besar gaya yang bisa ditopang oleh piston yang besar adalah:
F = P x A
P = 40 Psi
A = belum di ketahui (r = 3 inch)
A = π x r²
A = 3,14 x 3 x 3
A = 28,26 inch²
F= 40 x 28,26
F = 1130 Psi

4. Keuntungan mekanis

Pada gambar dibawah menunjukkan bagaimana zat cair dalam sistem hidrolik menimbulkan keuntungan secara mekanis. Semua cylinder dalam keadaan tersambung dan semua ruang terisi dengan zat cair (oli) sebelum sistem diberikan tekanan. Cylinder dihitung dari kiri ke kanan.

Pada saat menghitung pressure didalam sistem, digunakan dua valve dari cylinder ke dua dari sebelah kiri.
Rumus yang digunakan adalah:

Pressure = Force:area

Pressure = Force/Area
Pressure = 50 Lbs/1 in² = 50 Psi

Sekarang sudah didapatka pressure yang ada didalam sistem sehingga bisa dihitung force dari load untuk cylinder satu dan tiga dan piston area untuk cylinder 4. Hitung load pada cylinder 1 dan 3 dengan menggunakan rumus: Force sama dengan pressure kali area (Force = Pressure x area). Hitung cylinder nomor 4 piston area dengan menggunakan rumus: area sama dengan force dibagi pressure (Area = Force : Pressure).

Jawaban:
Load pada cylinder 1 adalah 250 Lbs, load pada cylinder 3 adalah 150 lbs, sedangkan area pada piston nomor 4 adalah 2 inch².

5. Orifice

Berbicara masalah hidrolik, hal yang umum dipakai adalah istilah pump pressure (tekanan pompa). Tetapi perlu diingat bahwa pompa tidak menghasilkan pressure. Pompa hanya menghasilkan aliran yaitu flow (aliran fluida atau oli). Jika flow dihambat, maka akan timbul pressure.

Pada gambar dibawah pump flow yang melalui pipa 1 adalah 1 GMP (galon per minute). Pada gambar tersebut, tidak ada hambatan untuk mengalir melalui pipa. Oleh sebab itu pembacaan pressure adalah 0 (zero) untuk kedua gauge.

Orifice menimbulkan hambatan terhadap pump flow. Pada saat oli mengalir melalui sebuah orifice, maka akan timbul pressure pada sisi up stream dari sebuah orifice ( pressure yang diukur pada ruangan sebelum orifice).

Pada gambar dibawah, ada sebuah orifice menunjukkan pressure 270 Kpa (30 Psi) diperlukan untuk mengirim flow sebesar 1 GMP melalui sebuah orifice. Tidak ada hambatan pada oli untuk mengalir setelah orifice. Itu sebabnya gauge pada sisi down stream (ruangan setelah orifice) menunjukkan 0 (zero) Kpa/Psi.

6. Oil flow ke tangki di blok

Pada saat ujung pipa output di plugged (diblok), maka oil flow yang menuju ke tangki juga di blok. Positive displacement pump akan terus memompa oli pada 1 GMP dan mengisi pipa-pipa saluran. Pada saat pipa-pipanya terisi, hambatan terhadap flow yang mengalir ke pipa akan menghasilkan pressure. 

 

Pressure yang ditimbulkan sama dengan hukum pascal yang menyatakan bahwa pressure yang bekerja pada suatu ruangan zat cair akan diteruskan kesegala arah sama besar untuk masing-masing unit area yang sama. Nilai pressure dari kedua gauge adalah sama.

Pressure akan terus naik sampai pump flow dialihkan ke circuit yang lain atau ketangki. Hal semacam ini biasanya dilakukan oleh relief valve. Jika total pump flow tidak dialihkan ke circuit yang lain, pressure di dalam sistem akan terus naik dan menyebabkan kerusakan sistem tersebut (meledak/jebol).

7. Type dasar circuit

Ada dua type dasar dari circuit, yaitu: series dan pararel.

Pada gambar diatas, pressure 620 Kpa (90Psi) diperlukan untuk mengalirkan 1 GPM oli melalui circuit.

A. Hambatan Serie

Orifice atau relief valve yang dirangkai serie pada hidrolik circuit akan menimbulkan resistance (hambatan) yang mirip dengan resistor yang dirangkai serie pada circuit dalam mana oil harus mengalir melalui masing-masing resistance. Total resistance sama dengan jumlah dari masing-masing resistance.

B. Hambatan pararel

Dalam sebuah sistem dengan circuit pararel, pompa oli akan mempunyai prioritas untuk mengalir melalui resistance yang paling keil lebih dulu. Pada gambar dibawah pompa mensupply oli ke tiga circuit pararel. Circuit tiga mendapatkan prioritas yang paling rendah. Circuit satu mendapatkan prioritas yang paling tinggi (lihat besarnya tension/tekanan spring pada masing-masing check valve).

Pada saat aliran oli mengisi saluran disebelah kiri dari ketiga valve, pompa oil pressure naik ke 207 Kpa (30 Psi). Pump oil pressure akan membuka valve pada circuit satu dan oli akan mengalir melaluinya.

Pada saat circuit satu sudah terisi, pimp oil pressure mulai naik. Pump oil pressure naik sampai 414 Kpa (60 Psi) dan membuka valve pada circuit dua. Pump oil pressure tidak dapat terus naik sampai circuit dua terisi penuh. Pimp oil pressure harus melenihi 620 Kpa (90 Psi) untuk membuka valve pada circuit tiga.

Harus ada sistem relief valve disalah satu circuit atau dipompa untuk membatasai maksimum pressure didalam sistem.